浅析MAG焊Q690D低合金钢的焊接试验

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　　摘要： 通过对低合金高强钢Q690D的焊接性分析,优选合理的焊接材料和焊接工艺参数，实验数据证明采用98%Ar+2%O2 混合气体保护，用E8515-G焊条焊接Q690Ｄ钢板，其结果能够满足相关的标准要求。
　　关键词：混合气体保护焊；低合金高强度结构钢；Q690D；焊接试验
　　
　　1.前言
　　低合金钢又称为低合金高强度结构钢，是含碳量Wc≤0.20％的碳素结构钢基础上，加入少量的合金元素发展起来的。依据GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》，把这类钢以其屈服强度平均值划分为345MPa，390MPa，420MPa, 460MPa, 500MPa, 550MPa, 620MPa, 690MPa 8个强度等级，每个强度等级又按A、B、C、D、E分为3个或5个质量等级。此类钢同碳素结构钢比，具有强度高、综合性能好、使用寿命长、应用范围广、比较经济等优点。该类钢大多轧制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构中。
　　目前,我国对低合金钢Q690的焊接性、焊接工艺研究相对较少。结合本公司客户荷兰Huisman公司要求，我们开展了前期焊接试验分析研究,采用E8515-G焊条98%Ar+2%O2 混合气体保护MAG焊接方法焊接Q690D钢板，得到一系列良好的结果，在产品中得到推广应用。
　　2.焊接性
　　焊接性是说明材料对焊接加工的适应性，用于衡量材料在一定的焊接工艺条件下获得优质接头的难易程度和该接头能否在使用条件下可靠的运行。一般条件下，焊接性除了受材料本身性质影响外，还受到工艺条件、结构条件和使用条件的影响。
　　Q690D钢中含有一定量的合金元素及微合金元素。其焊接性与碳钢有差别,主要是焊接热影响区组织与性能的变化对焊接热输入较敏感，热影响区淬硬倾向增大,层状撕裂倾向大,还存在再热裂纹的危险等。
　　3.MAG焊接工艺
　　在惰性气体中加入一定量的氧化性气体（又称为活性气体）作为保护气体进行熔化极电弧焊的方法称为熔化极氧化性混合气体保护电弧焊，英文缩写成MAG（Metal Active Gas）焊。
　　3.1使用氧化性混合气体作为保护气的效果
　　实际使用中加入的氧化性气体主要是O2或是CO2，或者同时加入O2和CO2。在焊接中使用氧化性混合气体作为保护气有以下效果。
　　1）提高熔滴过渡的稳定性。
　　2）稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性。
　　3）改善焊缝形状及外观。
　　4）增大电弧的热功率。
　　5）控制焊缝的冶金质量，减少焊接缺陷。
　　6）降低焊接成本
　　3.2 Ar+O2混合气体适用范围
　　氧是表面活性元素，能降低液体金属的表面张力，在氩中加入氧会降低临界电流，细化熔滴尺寸，改善过渡性能。具有氧化性的保护气体能稳定和控制电弧阴极斑点的位置，因此使电弧燃烧和熔滴过渡稳定，焊缝成形好。在焊接低碳钢和低合金钢时，在Ar中O2的加入量可以达到δ（O2）=20%。
　　4.试验材料及方法
　　4.1母材Q690D钢板的化学成分
　　母材Q690D钢板的化学成分见表1
　　
　　
　　4.2 母材Q690D钢板的力学性能
　　依据GB/T 228-2002 《金属材料 室温拉伸试验方法》，GB/T232-1999《金属材料 弯曲试验方法》以及GB/T229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》对母材进行检验，得到Q690D的力学性能数据见表2。
　　
　　
　　实验表明，Q690D具有较高的强度，并具有良好的抗冲击性能。
　　4.3 焊接材料的选择
　　综合各方面的焊接要求，结合Q690D钢板的材料性能，选用E8515-G焊条98%Ar+2%O2 混合气体保护焊。
　　E8515-G焊条的化学成分和力学性能分别见表3和表4.
　　
　　
　　4.4 实验方法及工艺参数
　　4.4.1 焊前准备
　　选用400mm×200mm×14mm试板两块，开V形坡口，坡口的角度为60°，钝边2mm，。
　　焊缝坡口及其两侧各30mm 范围内,用砂轮打磨，去除氧化皮、锈、油污,露出金属光泽，并认真清理，不得留有任何影响焊接质量的杂物。
　　试板装配: 间隙0 ～1mm ,反变形3mm ,无错边,试板两端安装相同材质、相同厚度、相同坡口的引弧板和熄弧板。
　　4.4.2 焊接工艺参数
　　焊接工艺参数见表5。
　　
　　
　　5.试验结果及分析
　　5.1宏观分析
　　焊缝呈现金黄色的金属光泽，属于良好的保护等级。焊缝表面丰满，余高合理，未发现气孔，无裂纹、夹渣、未焊透、未熔合等缺陷，表明焊接接头质量合格。
　　5.2焊接接头力学性能研究
　　（1）拉伸试验。
　　依据GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》，取2件试件并进行试验。试件的拉伸强度分别为845 MPa和850 MPa，均大于合格评定指标的770 MPa。
　　试验表明，焊接接头的拉伸强度满足评定指标。
　　（2）弯曲试验。
　　依据GB/T2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》，取4件试件并进行侧弯试验。将试件弯曲180°，弯心直径D=3a。试验结果试件表面完好，未出现3mm以上的裂纹及其他缺陷。
　　试验表明，焊接接头韧性良好，焊材及焊接工艺参数选用恰当。
　　（3）断口分析。
　　用扫描电镜对拉伸断口进行分析。断口形态表明为韧性断裂，具有较好的韧性。
　　（4）冲击试验。
　　依据GB/T2650-2008《焊接接头冲击试验方法》进行冲击试验。采用“V”型缺口，试验温度为-20℃。评定指标≥47J。试验结果见表6。
　　
　　
　　试验结果表明，焊缝区冲击功均大于评定指标，表明各焊接参数选用合理。
　　（5）硬度试验。
　　对试件宏观腐蚀后进行维氏硬度试验。
　　在焊缝区硬度最大为355，母材的硬度约为325，热影响区的硬度为343。距离焊缝越远其硬度越接近于母材。
　　焊缝区的硬度是反映钢种焊接性的重要标志之一，比碳当量更为准确。
　　6.结语
　　（1） 采用E8515-G焊条，98%Ar+2%O2 混合气体保护MAG焊接方法焊接Q690D钢板，电弧更稳定，飞溅明显减少，成形光滑，波纹细密。
　　（2）采用大的热输入时，热影响区及焊缝区易出现软化现象。
　　（3）在实验参数条件下，焊接接头的抗拉强度达到了Q690D钢的技术要求（σb≥770 MPa），接头弯曲性能良好，焊接接头各区-20℃冲击功均大于47J。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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